塔里木盆地两次沙尘天气过程对比分析

利用常规观测资料、再分析资料及CALIPSO星载激光雷达资料,基于HYSPLIT模式及潜在源贡献因子分析法、浓度权重轨迹分析法,对比分析了相似环流形势背景下塔里木盆地2015年6月和2022年3月两次典型沙尘天气过程,以和田为例分析两次过程中高低空系统配置、相关物理量特征、沙尘输送路径及潜在源区的差异。结果表明:两次天气过程均受高空槽影响,但2015年6月沙尘天气过程相对2022年3月沙尘天气过程高空槽位置更为偏南且具有明显的经向特征,阻塞高压系统的崩溃使得冷空气迅速爆发,大气垂直运动强烈,从而盆地内沙尘天气强度强于2022年3月沙尘天气过程。2022年3月沙尘天气过程除受槽底少许冷空气翻山造成沙尘天气外,低层偏东风急流相对2015年6月沙尘天气过程更为强盛,使得盆地东部出现沙尘暴并自西向东输送,盆地同时受东、西两路沙尘天气影响。2015年6月沙尘天气过程沙尘主要由偏西路径输送,主要源地为塔克拉玛干沙漠西部,并有部分沙尘由吉尔吉斯斯坦南部输入,2022年3月沙尘天气过程沙尘颗粒主要受偏东气流驱动,塔克拉玛干沙漠是主要起沙源地。2022年3月沙尘天气过程期间和田附近偏西风及偏东风场辐合使得沙尘颗粒汇聚,加之稳定的环流形势及相对暖湿的大气条件,沙尘不易扩散,因此低能见度持续时间相对更长。特殊的地理位置使得无论是盆地内部由西向东还是由东向西的沙尘过程都会在和田地区累积造成影响。     

蒙古气旋天气过程中的沙尘传输特征

基于沙尘数值预报模式针对不同区域地面起沙的敏感性试验结果,分析讨论了蒙古气旋沙尘暴过程中沙尘传输的特点及形成原因。结果表明：蒙古气旋沙尘暴过程的沙尘传输表现为:沙源区纬度越高,沙尘向东传输越强,纬度越低,向南传输越强;同时,高度越高,沙尘向东传输越强,高度越低,向南传输越强。其形成原因是萨彦岭山地背风坡效应、青藏高原东北侧地形强迫绕流等自然地理因素和蒙古气旋的动力、热力结构共同造成的,具有一定程度的普遍性。     

基于风廓线雷达的北京春季一次“先霾后沙”空气污染过程分析

利用NCEP再分析资料、逐小时污染物浓度数据、风廓线雷达及地面常规观测资料,对北京2018年3月26—29日一次“先霾后沙”的空气污染过程进行了分析。结果表明：霾污染期间PM_2.5峰值浓度为242 μg·m^-3,PM_2.5/PM₁₀值为0.86。受蒙古气旋影响,PM₁₀浓度出现爆发性增长,增长速率达到912 μg·m^-3·h^-1,PM_2.5/PM₁₀值下降至0.11。霾主要影响时段边界层内以西南风为主,平均通风量为15 907 m²·s^-1,大气边界层以稳定的弱上升或下沉运动为主;而沙尘影响时段平均通风量为9 226 m²·s^-1,沙尘天气爆发前边界层明显的下沉运动先于地面污染物浓度的变化。基于后向轨迹模式和潜在源贡献分析方法PSCF计算结果,霾影响时段河北中南部、山西中部等地对北京PM_2.5贡献较多;而沙尘影响时段,北京地区的PM₁₀主要来源于内蒙古中部和辽宁西部。     

一次强沙尘暴过程中沙尘气溶胶空间分布的初步分析

利用地面观测资料分析了2008年5月25日至29日沙尘天气的发生、发展情况,利用Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations（CALIPSO）资料分析了沙尘气溶胶在传输过程中的垂直分布状况,结合HYSPLIT模式,对此次沙尘天气过程中沙尘气溶胶的传输路径做了分析。结果表明,此次沙尘天气过程是由蒙古气旋造成的,沙尘由低空急流向远方输送;地面沙尘天气主要发生在气旋和反气旋之间强烈的北风或西北风气流中;在此次沙尘天气过程中,沙尘气溶胶的退偏振比在0.10~0.38之间,沙尘主要分布在海拔2 km到4 km之间,最高可达到5 km。     

河西走廊罕见强沙尘天气传输及其过程持续特征

2021年3月15—19日河西走廊出现了近10 a范围最广、持续时间最长的罕见强沙尘天气过程。利用MICAPS常规气象观测资料以及物理量场资料,从天气气候成因、环流形势演变、物理量诊断等方面分析了此次强沙尘天气的传输及过程持续特征。结果表明：（1）2021年3月14日受强烈发展的蒙古低压槽影响,蒙古国南部及内蒙古中西部爆发了强沙尘暴,前期蒙古国及中国北方异常增暖是导致沙尘暴爆发的诱因之一。（2）受高空贝加尔湖深厚低压槽后西北气流引导冷空气东移南下、高空急流动量下传、配合地面冷锋过境共同影响,蒙古国中西部高低空的沙尘粒子被输送到河西走廊,造成河西走廊15日凌晨到上午出现局地强沙尘暴和扬沙天气。（3）强沙尘暴出现后,700 hPa、850 hPa及近地面内蒙古、华北、宁夏及陕西一带盛行偏东气流将蒙古国及内蒙古的沙尘输送到了河西走廊,造成河西走廊15日下午至19日出现浮尘天气。（4）沙尘天气维持期间,地面冷高压移速缓慢,河西走廊位于地面冷高压后部,地面风速和湿度较小,不利于沙尘的沉降和水平扩散;河西走廊上空盛行下气沉流、逆温层深厚、大气干燥及层结稳定,不利于低层沙尘的垂直扩散和沉降,对沙尘的...     

边界层风廓线雷达资料在沙尘天气分析中的应用

为利用风廓线雷达（WPR）开展沙尘天气研究,分析了2010年4月19—20日塔克拉玛干沙漠腹地WPR探测沙尘天气个例。研究表明,WPR可以在沙尘天气工作,其探测资料能及时反映中小尺度三维流场特征,通过WPR提供的水平风场、信噪比（SNR）、垂直速度、大气温度等资料,可从多角度了解沙尘天气过程。在此次过程中,信噪比出现了比较清晰的大值层,SNR大值层所处高度初步认为是沙尘被输送的高度,SNR大值出现和结束的时间既对应着沙尘天气的开始和结束时间。低空风场出现切变的时刻,正好对应扬沙天气的开始,低空风向转为东风和东南风的时刻正是强沙尘暴开始的时间,低空东风的维持是此次沙尘天气发生的动力条件。此外,RASS系统能监测到沙尘天气过程前后低空大气温度的变化状况。     

中国北部一次沙尘过程中沙尘气溶胶的时空分布及输送特性

利用CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar Infrared Pathfinder Satellite Observations)卫星观测资料,结合气溶胶模式模拟,分析了2011年4月28—30日发生的强度较大的一次沙尘远距离输送过程中气溶胶的时空分布特征及输送特性。结果表明,此次沙尘过程有两个源区,分别为中国南疆盆地和蒙古国中南部,并在沙尘输送过程中交汇于内蒙古西南部和甘肃地区;源区一（南疆盆地）沙尘主要分布高度在1 km以下,退偏振比平均在0.35左右,色比值平均在0.6左右,且沙尘在输送过程中被抬升到自由对流层,并先后影响内蒙古西南部、甘肃、宁夏等地区,输送到内蒙古、甘肃地区时沙尘主要分布在2.5～3 km高度,退偏振比主要分布在0.3～0.5,色比值主要分布在0.5～0.9。源区二（蒙古国中南部）沙尘先后影响内蒙古中西部地区、甘肃、山西北部、内蒙古中东部地区、河北北部、北京天津和东北地区西部部分地区,沙尘输送到中国内蒙古东部、北京、河北等地区时主要分布在1～4 km高度,退偏振比值主要集中在0.3～0.5,色比值主要在0.7～1.2。     

雅鲁藏布江中游沙尘天气频率及传输过程北大核心CSCD

利用2017—2020年冬春季(10月至翌年4月)雅鲁藏布江中游的15个气象站逐小时最低能见度数据,基于转移熵方法构建了沙尘传输矩阵,研究雅鲁藏布江中游沙尘天气的日变化特征和空间交互影响过程。结果表明:雅鲁藏布江中游沙尘天气主要出现在山南和日喀则两大宽谷沙源区,具有3~4 h持续性,并具有雅鲁藏布江中游南部白天单峰型、北部上半夜和上午双峰型结构的空间差异性。沙尘在空间上既有跨行政区传输,又在区内相互影响,形成复杂的空间交互过程。区域传输的空间差异主要受地理位置、沙尘源分布和风向风速的影响。两大宽谷和高海拔区作为沙源区不仅显著影响本区的自身和区内传输贡献,而且在西风带作用下对区外的传输贡献也很强,是沙尘传输空间网中重要节点,也是沙尘治理关键区。     

一次向西输送的亚洲沙尘过程

一般情况下发生在中国和蒙古国的沙尘天气是向东移动的。对2004年11月24~27日新疆北部的NOAA-AVHRR遥感数据进行沙尘提取发现,在新疆北部的古尔班通古特沙漠发生了明显的沙尘现象,沙尘却向西移动,经过阿拉山口向哈萨克斯坦输送。使用地面台站的观测数据对此进行了验证,发现地面确实观测到了沙尘现象,而且在850hPa的高空存在明显的偏东大风,这说明近地面的东风将沙尘向西输送,导致沙漠西面的台站观测到沙尘现象。     

内蒙古一次沙尘过程的数值模拟

利用WRF-chem模式耦合Shao04起沙参数化方案,研究了2015年内蒙古春季一次冷涡沙尘过程。对比分析模式模拟结果和Micaps、CLIPSO、PM₁₀观测资料后发现,WRF-chem可以较好地刻画沙尘的水平和垂直输送。此次沙源地主要分布在蒙古国南部、内蒙古中部偏北区域和浑善达克沙地。蒙古国南部和内蒙古中部偏北区域最大起沙量分别为77.4 g·m^-2和112.7 g·m^-2,最大干沉降分别为253.2μg·m^-2·s^-1和427.2μg·m^-2·s^-1,内蒙古中部偏北区域的沙尘柱总量(87.3 g·m^-2)大于蒙古国南部(41.3 g·m^-2)。浑善达克沙地土壤干燥,所以沙尘排放量(215.6 g·m^-2)、柱总量(132.7 g·m^-2)、沉降速率(809.3μg·m^-2·s^-1)均较高。沙尘在锋...     

沙尘天气影响因子的对比分析

对比分析了2002年和2003年春季沙尘天气发生的大气环流及地表条件特征, 并利用具有风沙物理过程的沙尘数值模拟结果和动力诊断技术, 探讨了2002年和2003年典型沙尘天气过程和冷空气过程中大气动力条件的作用。结果表明, 沙尘天气的强度、发生范围主要是由大气的动力条件所决定的, 而沙源区地表特征的变化对沙尘天气的发生起着重要的作用, 沙尘天气的强度和影响范围主要决定于沙尘的垂直输送过程。此外, 还总结出了沙尘天气中垂直输送-水平传输-沉降过程的概念模型。     

中国沙尘天气的区域特征

利用筛选的1954~2000年中国338个站沙尘天气资料及相关气候资料,从沙尘天气区划方面着重分析研究了我国沙尘天气的区域特征。结果表明： 1) 我国沙尘天气多发区分别位于以民丰至和田为中心的南疆盆地和以民勤至吉兰泰为中心的河西地区。不同类型沙尘天气的空间分布范围不尽相同,其中沙尘暴主要发生在与北方沙漠及沙漠化土地相联系的极干旱、干旱和半干旱区内。扬沙和浮尘天气除了在沙尘暴发生区的绝大部分地区出现外,还向其它邻近地区扩展,如扬沙可向东北地区和东南的黄淮海平原及以南地区扩展;而浮尘天气则主要向东南方向扩展,可涉及整个黄淮海平原和长江中下游地区。相比之下,上风方向的中高纬地区,如北疆和东北北部地区,浮尘天气发生甚少。2) 全国沙尘暴天气易发区可划分为北疆、南疆、河西、柴达木盆地、河套、东北和青藏等7个亚区。沙尘暴和浮尘在南疆区发生日数最多,而扬沙在河西区发生日数最多。     

塔里木盆地沙尘天气的季节变化及成因分析

 选取了塔里木盆地周边16个站点,详细分析了沙尘天气的季节变化特征。结果表明：各站点沙尘天气频率虽均以春季最高,但其他3个季节沙尘日数的分布可以分为3种类型：第一种以秋季最高,夏季次之,冬季最低,如喀什和库车地区;第二种以夏季最高,冬季次之,秋季最低,如若羌地区;第三种以夏季最高,秋季次之,冬季最低,这一种类型是塔里木盆地沙尘天气季节分布的主要特征。沙尘天气的季节变化主要受风速和沙源季节变化的影响。当沙尘来源相似时,风速是控制沙尘释放强度的主要因素。     

中国北方典型沙尘天气特征研究

 根据API、风速、风向及相关气象数据初步研究了中国北方两次典型沙尘天气的天气特征。两次沙尘天气过程中极大风速大于7.2 m·s-1的气象站占88%。2005年4月27日极大风速超过17.2 m·s-1的气象站有31个,出现频率最高的风向为西西北,28日达到81个,风向为北风,极大风速高值区由内蒙古中东部向东北方向迅速扩大。2007年3月30日极大风速超过17.2 m·s-1的气象站有57个,31日达到68个,风向均为西西北,极大风速高值区分布较为稳定。受沙尘暴影响的地区API显著升高。2005年4月28日呼和浩特、大同、北京3个城市的API分别为418、500、500。2007年3月31日呼和浩特、赤峰、大同3个城市的API分别为500、500、423。对PM10与气象因子的相关性进行分析得出,沙尘暴期间,大气中可吸入颗粒物的浓度与风速存在显著的正相关关系,风速越高的地区,可吸入颗粒物的浓度越大。     

欧亚大气环流对中国北方春季沙尘天气的影响

根据1960-2010年全国701个地面站沙尘观测资料分析了中国春季沙尘天气的空间分布和年际变化,发现南疆和内蒙古两个沙尘源区的沙尘指数51年来都呈现出减小的趋势,其中内蒙古沙尘指数总体较小、年际变化较大,而南疆沙尘指数的波动较小。通过分析南疆和内蒙古沙尘指数典型高、低值年春季环流场发现,控制两个沙尘源区的环流场存在明显差异:南疆沙尘指数低值年时,西路入侵的冷空气减少,受此影响蒙古气旋和南疆热低压减弱,导致南疆地区近地面西风减弱,最终导致南疆沙尘天气减少;内蒙古沙尘指数低值年时,西北路和北路冷空气入侵次数减少,地面场上西伯利亚冷高压和蒙古高压减弱,并且蒙古气旋的发生发展受到限制,导致内蒙古西部近地面西北风和偏西风减小,最终导致内蒙古地区沙尘天气减少。     

柴达木盆地北部风速对尘暴事件降尘的影响

通过系统监测柴达木盆地北部冷湖地区的月降尘通量以及尘暴事件降尘量,发现该地区月降尘通量变化在0.57×103～18.12×103 μg·cm–2·month–1之间,并且与月极大风速（Vextr）具有较好的正相关性（r2=0.60, n=23）;该区年内主要粉尘堆积时段为春季和初夏;尘暴事件发生期间的降尘量不仅与尘暴持续期间10 min平均风速具有良好的正相关关系（r2=0.60, n=16）,而且降尘量与10 min风速变化幅度有关:强劲稳定的风力条件在监测地点产生较少的降尘量,强劲且变率较大的风力条件产生较多的降尘量。监测结果显示,风速的变化对粉尘的释放、输送和沉降有重要的影响,有助于理解地质记录所揭示的冰期-间冰期不同的大气粉尘沉降速率。